Principios de Instrumentación

Transcripción

1 James Robles Departamento de Instrumentación Huertas College

2 En esta presentación: Definición de Instrumentación Que es una variable física? Que es un instrumento de indicación, medición y transmisión? Que es un recorder? Que es un sistema de control? Que es un elemento final de control? Definición de Proceso Industrial Parámetros Operacionales de Instrumentación Rango de Proceso Variable de Proceso Rango de Instrumentación Señal de Instrumentación Cómo funciona un transmisor?

3 Instrumentación: Principios de Instrumentación Disciplina que se encarga de la medición, indicación, transmisión, registro y control de variables físicas dentro de un proceso industrial; cumpliendo con los parámetros operacionales del proceso y con las regulaciones vigentes.

4 Variable Física: Principios de Instrumentación Una variable física es una manifestación palpable de condiciones naturales de la materia. Ejemplos de estas variables son: presión, nivel, flujo y temperatura.

5 Medición de Variables Físicas: Acción por la cual se le asigna un valor numérico (cuantificar) y una unidad de ingeniería a una variable física relacionada con la naturaleza de esa variable. Esta acción se logra a través de instrumentos que tienen una indicación visual numérico y una unidad de ingeniería. Ejemplo 1: La presión en la tubería es de 100 psi. Variable Física Valor Numérico Unidad de Ingeniería

6 Medición de Variables Físicas: Ejemplo 2: El nivel del tanque es de 12 Ft. Variable Física Valor Numérico Unidad de Ingeniería Ejemplo 3: El flujo de gas es de 175 gpm. Variable Física Valor Numérico Unidad de Ingeniería

7 Medición de Variables Físicas: Ejemplo 4: La temperatura es de 100 F. Variable Física Valor Numérico Unidad de Ingeniería Ejemplo 5: La conductividad de la solución es de 25 µs. Valor Numérico Unidad de Ingeniería Variable Física

8 Indicador de Variables Físicas: Dispositivo capaz de convertir una variable física a una señal visible, mayormente numérica acompañada de su unidad de ingeniería para ser observada. Ejemplos de Indicadores de variables físicas son: Manómetros (Pressure Gauge), Termómetros, Rotámetros, Mirillas de Cristal, etc.

9 Indicador de Variables Físicas: Pressure Gauge (Manómetro) Mirilla de Nivel Rotámetro (Metro de Flujo) Termómetro

10 Transmisor de Variables Físicas: Dispositivo capaz de convertir una variable física a una señal electrónica, neumática o digital de instrumentación para ser utilizada por un equipo o sistema medición, registro o control. También conocido como transductor.

11 Transmisor de Variables Físicas: La señal más utilizada es la señal electrónica de 4 20 ma. Otra es la señal neumática de 3 15 psi y señales digitales (HART, Foundation Fieldbus, MODBUS y Profibus)

12 Transmisor de Variables Físicas: Señal de Instrumentación 4 20 ma Rosemount 3051 Differential Pressure Transmitter Entrada de Proceso Indicador Local Transmisor de Presión

13 Transmisor de Variables Físicas: Señal de Instrumentación 4 20 ma Endress-Hauser Micropilot M FMR240 Indicador Local Sensor de Proceso Transmisor de Nivel Ultrasónico

14 Transmisor de Variables Físicas: Señal de Instrumentación 4 20 ma Yokogawa AFX Flowmeter Sensor de Proceso Indicador Local Transmisor de Flujo Electromagnético

15 Transmisor de Variables Físicas: ABB TTF300 Señal de Instrumentación 4 20 ma Indicador Local Sensor de Proceso Transmisor de Temperatura

16 Registrador de Variables Físicas (Recorder): Dispositivo capaz de convertir una señal de instrumentación a una data para almacenarse permanentemente con respecto a un momento en el tiempo definido. También puede ser una aplicación (conocido como colección de data histórico) dentro de un sistema de control para lograr el mismo propósito.

17 Registrador de Variables Físicas (Recorder): Lectura Local Señal de Instrumentación 4 20 ma Plumillas Papel de Grafico Leyenda Yokogawa Recorder

18 Registrador de Variables Físicas (Recorder): Delta V Data Historian Screen

19 Controlador: Principios de Instrumentación Dispositivo que contiene algoritmos y estrategias encaminadas a mantener una variable física en un valor deseado. Estos algoritmos se ubican dentro de un dispositivo electrónico o neumático. El controlador recibe la señal del campo (input), procesa esta señal contra un valor deseado (set point) y genera una señal de correción de la variable (output).

20 Controlador Discreto: Controlador que se utiliza para mantener una variable física en un valor deseado. El controlador discreto puede manejar un solo lazo de control (un input y un output) y no cuenta con conexiones para enviar las señales a otros equipos, ni capacidad para mantener un registro de las señales. Estas capacidades se logran conectando manualmente las señales a registradores u otros equipos.

21 Sistema de Control Distriduído (DCS): Sistema de control capaz de manejar múltiples lazos de control. Contiene un procesador centralizado, tarjetas de inputs, tarjetas de outputs y recorders integrados. Un DCS es capaz de distribuir sus datos a diferentes áreas como estaciones de operación, estaciones de ingeniería y estaciones de mantenimiento.

22 Sistema de Control Distriduído (DCS): Foxboro T2550 DCS

23 Sistema de Control: Principios de Instrumentación A-B Micrologix 1200 PLC

24 Elemento Final de Control: Dispositivo o equipo capaz de modificar la variable física hacia el valor deseado. Esto lo hace recibiendo la señal de corrección del controlador. Ejemplos son: Válvulas de Control, Variadores de Velocidad de Motores o Dampers de Posición.

25 Elemento Final de Control: Fisher GX Control Valve

26 Elemento Final de Control: Variable Frequency Drive (VFD) And 3 Pumps

27 Elemento Final de Control: Damper Control Drive

28 Proceso Industrial: Principios de Instrumentación Un proceso industrial es la conversión de materia prima a productos, bienes o servicios para la utilización de la sociedad. Industrias que utilizan estos procesos son: Industrias Químicas Industrias de Petróleo y Gases Industrias de Alimentos y Bebidas Industrias Farmacéuticas James Robles, Departamento de Instrumentación, Huertas Junior College College

29 Lazo de Control: Principios de Instrumentación Arreglo de dispositivos (instrumentos) conectados para lograr el control de una variable física. Consiste de un transmisor para llevar la variable al sistema, un controlador o sistema de control para computar y generar una señal de control y un elemento final de control para modificar físicamente a la variable.

30 Lazo de Control (Controlador Discreto): 100% M SP O Señal de Output 50% Señal de Input Elemento Final de Control LT Transmisor de Nivel 0% A M LCV Controlador Discreto

31 Lazo de Control (Controlador Discreto): 100% M SP O Señal de Output (3-15 psi) 50% Elemento Final de Control LCV 0% A M Controlador Neumático Señal de Input (3-15 psi) LT Transmisor de Nivel Neumático

32 Lazo de Control (DCS): O U T I N Sistema de Control (DCS) Engineering Station Señal de Output Señal de Input Elemento Final de Control LT Transmisor de Nivel LCV Operator Station

33 Parámetros de Medida de Proceso: Rango de Proceso Variable de Proceso Rango de Instrumentación Señal de Instrumentación Señal de Control

34 Rango de Proceso: Principios de Instrumentación El rango de proceso son los valores numéricos desde el mínimo hasta el máximo acompañado de su unidad de ingeniería que representan el mínimo hasta el máximo de la variable física permitida en un proceso. Ejemplo: La presión del proceso varía desde 0 hasta 200 psi. El Rango de Proceso es psi.

35 Variable de Proceso: La variable de proceso es el valor numérico acompañado de su unidad de ingeniería que representan la variable física del proceso. Ejemplo: La presión es de 100 psi. La variable de Proceso es 100 psi.

36 Rango de Instrumentación: El rango de instrumentación es un valor numérico de 4 a 20 ma que representa desde el mínimo hasta el máximo del rango de proceso. Ejemplo: El rango de proceso es de 0 a 200 psi. El rango de instrumentación es de 4 ma (0 psi) hasta 20 ma (200 psi).

37 Señal de Instrumentación: La señal de instrumentación es el valor numérico desde 4 ma a 20 ma que representa la variable de proceso. Ejemplo: El rango de proceso es de 0 a 200 psi. El rango de instrumentación es de 4 ma a 20 ma. La variable de proceso es de 100 psi. Por lo tanto, la señal de instrumentación es de 12 ma.

38 Señal de Control: Principios de Instrumentación La señal de control es el valor numérico desde 4 ma a 20 ma que alimenta el elemento final de control. Ejemplo: La señal de control hacia la válvula de control es de 12 ma, por lo tanto la válvula de control está en un 50 % de su recorrido.

39 Señal de Instrumentación: Una Señal de Instrumentación es el valor actual del nivel electrónico o neumático utilizado para representar la variable de proceso de una forma estándar. Ejemplo: Rango de Proceso = psi Rango de Instrumentación = 4 20 ma Transmisor Señal Transmitida Por cablería PT ma 24 Vdc Receptor Remoto Rango de Proceso = psi

40 Señal de Instrumentación: La razón por la cual la señal de Instrumentación no comienza en cero es para poder distinguir entre un cero real y una avería en la cablería o tubería utilizada Si se avería la cablería, la corriente o la presión bajará a cero ma o a cero psi y el técnico podrá diagnosticar el fallo Transmisor Cable Averiado + PT-1-24 Vdc ma Receptor Remoto Proceso

41 Lazos de Transmisores Electrónicos: Para extraer una señal a un transmisor, se necesita conectarlo en serie con un Power Supply de 24 Vdc y a su vez en serie con el receptor o equipo preparado para aceptar una señal de 4 20 ma Este voltaje produce una señal de instrumentación proporcional a la variable de proceso en relación con el rango de proceso Transmisor de Presión en Serie con Power Supply de 24 Vdc y Miliamperímetro: 24 Vdc Power Supply + - ON OFF

42 Señal de Instrumentación: Presión Nivel Flujo Temperatura Variable Física PT LT FT TT Transmisor psi 0 30 Ft gpm F Rango de Proceso Señal de Instrumentación 4 20 ma 3 15 psi Protocolo Digital

43 Señal de Instrumentación: Existen varios tipos de señal de instrumentación: Electrónico Análogo: 4 20 ma Neumático: 3 15 psi Digital: HART, Foundation Fieldbus, MODBUS, Profibus, etc.

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